-
Die
Erfindung betrifft ein Drehschieberventil eines Abgasrückführungssystems
mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Es
zählt zum Stand der Technik, bei Dieselmotoren einen Teil
des Abgases zu kühlen und der erneuten Verbrennung zuzuführen,
um auf diese Weise den Stickoxidausstoß zu reduzieren.
Die Abgasmengen, welche dem Abgasrückkühler und
anschließend der Verbrennung zugeführt werden,
können über Steuerventile reguliert werden. Die
Abgasmenge wird so gesteuert, dass bei einem kalten Motor Abgas
ungekühlt über einen Bypass dem Ansaugtrakt zugeleitet
wird. Erst bei Erreichen der Betriebstemperatur wird das Abgas durch
den Kühler zurückgeführt, da anderenfalls
eine zu langsame Aufheizung nachgeschalteter Katalysatoren erfolgen
würde. Die beiden Funktionen – Luftmassenregulierung und
Schaltung zwischen Kühl- und Bypassbetrieb – sind
bei manchen Arten von Steuerventilen getrennt. Es gibt allerdings
auch Ventile, welche die Regelung und das Umschalten zwischen Kühl-
und Bypassbetrieb in einem Ventilmodul mit nur einem Antrieb realisieren
(
DE 10 2005 041
146 A1 ). Steuerventile, bei welchen die Umschaltung zwischen
Kühl- und Bypassbetrieb separat von einer Mengensteuerung
erfolgt, erfordern relativ viel Bauraum. Es wird daher angestrebt,
Steuerventile mit nur einem Antrieb zu entwickeln.
-
Hiervon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde ein neuartiges
Drehschieberventil eines Abgasrückführungssystems
aufzuzeigen, das ebenfalls mit nur einem Antrieb auskommt.
-
Diese
Aufgabe ist bei einem Drehschieberventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Das
Drehschieberventil des Abgasrückführungssystems
weist in bekannter Weise ein Ventilgehäuse und einen in
dem Ventilgehäuse angeordneten Ventilkörper auf.
Dieser Ventilkörper wirkt mit einem Ventilsitz zusammen.
Das Besondere ist, dass der Ventilkörper als um seine Längsachse
drehbar gelagerter hohlzylindrischer Körper ausgebildet
ist, mit einer stirnseitigen Abgaseinlassöffnung und einer umfangseitigen
Abgasauslassöffnung. Das bedeutet, dass Abgas in Axialrichtung
des hohlzylindrischen Körpers über dessen Stirnseite
in den Ventilkörper einströmt und umfangseitig,
d. h. in Radialrichtung über die Abgasauslassöffnung
abströmt. Der hohlzylindrische Körper mit kreiszylindrischem
Querschnitt setzt einen entsprechenden Ventilsitz voraus. Der Ventilsitz
und der Ventilkörper sind gewissermaßen rohrförmig
konfiguriert, wobei insbesondere der Ventilkörper eine
relativ geringe Wandstärke aufweisen kann.
-
Theoretisch
ist es möglich, dass der Ventilkörper an jeder
seiner Stirnseiten eine Abgaseinlassöffnung aufweist. Vorzugsweise
ist jedoch eine der einzigen Abgaseinlassöffnung gegenüberliegende Stirnwand
des Ventilkörpers geschlossen. An dieser Stirnwand kann
eine Welle oder ein Zapfen vorgesehen sein, über welche
der Ventilkörper um seine Längsachse gedreht werden
kann.
-
Das
Ventilgehäuse weist zwei von dem Ventilkörper
sperrbare Durchströmöffnungen auf, wobei die erste
Durchströmöffnung zur Durchleitung von Abgas aus
dem Ventilkörper in einen Kühlereinlasskanal vorgesehen
ist und wobei die zweite Durchströmöffnung zur
Durchleitung von Abgas aus dem Ventilkörper in einen Bypasskanal
vorgesehen ist. Durch Drehung des Ventilkörpers um seine
Längsachse kann das Abgas sowohl hinsichtlich der Strömungsrichtung,
als auch hinsichtlich der Menge einer der Durchströmöffnungen
zugeführten werden, so dass durch Drehung des Drehschieberventils
sowohl der Kühlbetrieb als auch der Bypassbetrieb mit nur einem
Antrieb für das Drehschieberventil realisiert werden kann.
-
Das
Ventilgehäuse ist hierbei bevorzugt so konfiguriert, dass
es einen Kühlerauslasskanal aufweist, der wiederum in den
Bypasskanal mündet. Auf diese Weise kann das Ventilgehäuse
an die Stirnseite eines U-förmig durchströmten
Kühlers angeflanscht werden, so dass der Kühlereinlasskanal
und der Kühlerauslasskanal unmittelbar nebeneinander angeordnet
sind und dabei durch eine im Ventilgehäuse angeordnete
Trennwand voneinander getrennt sind.
-
Es
wird als Vorteilhaft angesehen, wenn die Querschnittsfläche
der Abgasauslassöffnung des hohlzylindrischen Ventilkörpers
wenigstens der Querschnittsfläche der Abgaseinlassöffnung
entspricht. Insbesondere kann die Querschnittsfläche der
Abgaseinlassöffnung der Innenquerschnittsfläche
des hohlzylindrischen Ventilkörpers entsprechen.
-
Grundsätzlich
können die Abgasauslassöffnungen des Ventilkörpers
größer sein als die Durchströmöffnungen
im Ventilgehäuse. Insbesondere kann sich die Abgasauslassöffnung über
einen Umfangsbereich von mehr als 120° erstrecken, während sich
die Durchströmöffnungen über einen kleineren Winkelbereich
erstrecken. Auf diese Weise kann eine schnellere Umschaltung zwischen
dem Kühler- und Bypassbetrieb realisiert werden, da sich
die betreffenden Öffnungen schneller in zumindest teilweise Überlappungen,
d. h. in eine Durchströmposition bringen lassen können,
als das es bei kleineren Abgasauslassöffnungen möglich
wäre.
-
Die
Abgasauslassöffnung selbst kann in Axialrichtung des Ventilkörpers
von Zylindermantelabschnitten des hohlzylindrischen Ventilkörpers
begrenzt sein, d. h. im Wesentlichen einen gefensterten Durchbruch
in dem Zylindermantel des Ventilkörpers bilden. Die sich
in Umfangsrichtung erstreckenden Kanten der Abgasauslassöffnungen
können parallel und insbesondere quer zur Längsachse
des Ventilkörpers verlaufen.
-
Die übrigen
Längskanten der Abgasauslassöffnungen können
parallel zur Längsachse verlaufen, so dass sich in radialer
Blickrichtung ein rechteckiges Fenster ergibt.
-
Grundsätzlich
ist es auch möglich, dass die Längskanten nicht
parallel zur Längsachse verlaufen. Das hat den Vorteil,
dass bei einer beginnenden Überlappung der Abgasauslassöffnung
und der Durchströmöffnung nicht sofort ein sich über
die gesamte Breite der Abgasauslassöffnung erstreckender
Spalt für den Abgasübertritt zur Verfügung
steht, sondern zunächst nur ein kleiner, dreieckförmiger Bereich,
der langsam erweitert wird. Dies ermöglicht eine feinfühligere
Steuerung des Volumenstroms.
-
Umgekehrt
ist es natürlich auch möglich, dass die Durchströmöffnungen
wenigstens eine Längskante aufweisen, die sich parallel
oder auch nicht parallel zur Längsachse des Ventilkörpers
erstreckt. Die Entscheidung, ob die Längskante in der Durchströmöffnung
oder die Längskante in der Abgasauslassöffnung
parallel oder nicht parallel zueinander verlaufen sollen, hängt
davon ab, welche Steuerungscharakteristik gewünscht wird.
-
Die
erfindungsgemäße Anordnung stellt eine besonders
kompakte und einfach aufgebaute Variante eines Drehschieberventils
dar, da der Ventilkörper besonders gewichtssparend konstruiert
werden kann und weil das von dem Ventilkörper umschlossene
Volumen in besonders Bauraum sparender Weise als Durchströmungsraum
für das zurückzuführende Abgas ausgenutzt
wird.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand des in schematischen Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt:
-
1 eine
perspektivische Darstellung eines Drehschieberventils;
-
2 das
Drehschieberventil der 1 in der Seitenansicht;
-
3 ein
Schnitt entlang der Linie III-III in 2;
-
4 den
Ventilkörper des Drehschieberventils in perspektivischer
Ansicht und
-
5 den
Ventilkörper des Drehschieberventils in einer Seitenansicht.
-
1 zeigt
ein Drehschieberventil 1, das in nicht näher dargestellter
Weise mit einem Abgasrückführungssystem verbunden
ist. Das Drehschieberventil 1 dient insbesondere dazu,
einen Teil des Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine gesteuert
zurückzuführen und der Ansaugluft des Verbrennungsmotors
beizumischen. Hierzu wird das Drehschieberventil 1 mit
einer nicht näher dargestellten Steuereinrichtung in Abhängigkeit
von Motor- und Abgasparametern angesteuert. Einzelheiten des dargestellten
Drehschieberventils 1 gehen deutlicher aus den 2 und 3 hervor.
-
Anhand
der Schnittdarstellung der 3 wird das
grundlegende Funktionsprinzip des Drehschieberventils 1 erläutert.
Das Drehschieberventil 1 umfasst ein Ventilgehäuse 2,
das über einen Flansch 3 mit einem nicht näher
dargestellten Kühler verbunden wird. Das Ventilgehäuse 2 nimmt
einen hohlzylindrischen Ventilkörper 4 auf, dessen
eines axiales, d. h. stirnseitiges Ende offen ist und als Abgaseinlassöffnung 5 dient,
in welches Abgas in Richtung des Pfeils P (1) einströmen
kann. Eine der Abgaseinlassöffnung 5 gegenüberliegende
Stirnwand 6 (4) des Ventilkörpers 4 ist
geschlossen und trägt auf der der Abgaseinlassöffnung 5 abgewandten
Seite einen Zapfen 7 (5), welcher
in nicht näher dargestellter Weise im Ventilgehäuse 2 gelagert
ist und in Richtung des Pfeils P1 (2) um die
Längsachse LA des Ventilkörpers 4 gedreht
werden kann. Wie am Besten anhand der 4 und 5 zu
erkennen ist, besitzt der Ventilkörper 4 zusätzlich
zu seiner stirnseitigen Abgaseinlassöffnung 5 eine
radial-umfangseitige Abgasauslassöffnung 8 die
als fensterartiger Durchbruch ausgebildet ist. Die Abgasauslassöffnung 8 weist
Längskanten 9, 9' auf, die sich parallel
zur Längsachse LA erstrecken. Wie anhand der 5 zu
erkennen ist, befindet sich die Abgasauslassöffnung 8 etwa
im mittleren Bereich des hohlzylindrischen Abschnitts des Ventilkörpers 4 und
ist in Axialrichtung von Zylindermantelabschnitten 10, 11 sowohl
zur Stirnwand 6 als auch zur Abgaseinlassöffnung 5 hin
begrenzt. Die Abgassauslassöffnung 8 erstreckt
sich über einen Umfangsbereich, der größer ist
als ein Drittel des Gesamtumfangs des Ventilkörpers 4.
-
In 3 ist
zu erkennen, dass das Ventilgehäuse 2 mehrere Öffnungen
und Kanäle aufweist. Der in der Bildebene linke Bereich
wird als Kühlereinlasskanal 12 bezeichnet, da
Abgas, das bei entsprechender Stellung des Ventilkörpers 4 in
den Kühlereinlasskanal 12 gelangt, in Richtung
des Pfeils P3 einem angeschlossenen Kühler zugeführt
wird.
-
Der
in entgegengesetzte Richtung weisende Pfeil P4 stellt die Strömungsrichtung
des abgekühlten Abgases dar, das aus dem Kühler
zurückströmt. Dieser Bereich des Ventilgehäuses
wird als Kühlerauslasskanal 13 bezeichnet, der
entsprechend der Strömungsrichtung des Pfeils P4 in einen
Bypasskanal 14 mündet. In der Darstellung der 1 bis 3 befindet
sich die Umfangsseitige Abgasauslassöffnung 8,
allerdings nicht in Überdeckung mit einer ersten Durchströmöffnung 15,
welche zur Durchleitung von Abgas aus dem Ventilkörper 4 in
den Kühlereinlasskanal 12 dient und auch nicht
in Überdeckung mit einer zweiten Durchströmöffnung 16,
die zur Durchleitung von Abgas aus dem Ventilkörper 4 in
den Bypasskanal 14 dient. Mit anderen Worten ist der Abgasstrom
durch die gezeigte Darstellung des Ventilkörpers 4 vollständig
blockiert. Im Bypassbetrieb, d. h. so lange die Abgase noch nicht
die gewünschte Temperatur erreicht haben, wird der Ventilkörper 4 im Urzeigersinn
verschwenkt, so dass die Abgasauslassöffnung 8 mit
ihrer in der Bildebene linken Längskante 9' nach
rechts verschwenkt wird, bis Abgas aus dem Inneren des Ventilkörpers 4 unmittelbar
in den Bypasskanal 14 einströmen kann. In diesem
Fall befindet sich die in der Bildebene rechte Längskante 9 unterhalb
der ebenfalls parallel zur Längsachse LA des Ventilkörpers 4 verlaufenden
Längskante 17, der in der Bildebene rechten Durchströmöffnung 16.
Die Abdichtung des Kühlerauslasskanals 13 gegenüber dem
Kühlereinlasskanal 12 erfolgt über eine
Trennwand 18, welche Teil des kreiszylindrischen Ventilsitzes 19 des
Ventilgehäuses 2 ist.
-
Wenn
das Abgas die gewünschte Temperatur erreicht hat, wird
auf Kühlbetrieb umgeschaltet. Zu diesem Zweck kann der
Ventilkörper 4 in entgegengesetzte Richtung verschwenkt
werden, damit die Abgasauslassöffnung 8 mit dem
Kühlereinlasskanal 12 zugeordneten Durchströmöffnung 15 in Übereinstimmung
gelangt, so dass Abgas über die in der Bildebene linke
Längskante 9' der Abgasauslassöffnung 8 bzw.
die obere Längskante 20 der in der Bildebene linken
Durchströmöffnung 15 in den Kühlereinlasskanal 12 gelangt.
In diesem Ausführungsbeispiel verlaufen auch die Längskanten 9' und 20 parallel
zu einander.
-
Im
Unterschied zum Bypassbetrieb, bei welchem das Abgas unmittelbar
aus dem Ventilkörper 4 in den Bypasskanal 14 gelangt
und in Richtung des Pfeils P2 abströmt, wird bei dem Kühlbetrieb
das Abgas zunächst entlang der Pfeile P3 und P4 durch den nicht
näher dargestellten Kühler geschickt und erst anschließend
in Richtung des Pfeils P2 in den Bypasskanal 14 eingeleitet
und auf diesem Wege dem Verbrennungsmotor ein weiteres Mal zugeführt.
-
- 1
- Drehschieberventil
- 2
- Ventilgehäuse
- 3
- Flansch
- 4
- Ventilkörper
- 5
- Abgaseinlassöffnung
- 6
- Stirnwand
- 7
- Zapfen
- 8
- Abgasauslassöffnung
- 9
- Längskante
- 9'
- Längskante
- 10
- Zylindermantelabschnitt
- 11
- Zylindermantelabschnitt
- 12
- Kühlereinlasskanal
- 13
- Kühlerauslasskanal
- 14
- Bypasskanal
- 15
- erste
Durchströmöffnung
- 16
- zweite
Durchströmöffnung
- 17
- Längskante
- 18
- Trennwand
- 19
- Ventilsitz
- 20
- Längskante
- P1
- Pfeil
- P2
- Pfeil
- P3
- Pfeil
- P4
- Pfeil
- P
- Pfeil
- LA
- Längsachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005041146
A1 [0002]